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荷载与结构设计方法综述.ppt

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4.3.3 结构体系的可靠度(自阅) (1)基本概念 1)完全脆性和完全塑性的构件 完全脆性构件:达到失效状态后便不再起作用的构件。 完全塑性构件:达到失效状态后仍能保持承载能力的构件。 2)串联体系与并联体系 *串联体系: 由一些单个构件组成的结构,当其中任何一个构件 失效时,体系便处于失效状态,这种体系便是串联体系,一般静定结构常可简化为串联体系。 *并联体系: 在有些结构中,其中某一构件的破坏并不意味着整 个结构的崩溃,而那些未破坏的构件还可以再承担重新 分配过的荷载,超静定结构通常具有这个性质。 *串并联体系: 例4.5 已知:两根拉杆组成一简单串联体系。每根拉杆 的抗力Rc为随机变量,其密度函数也示于图中。设体系 承受拉力S=1.1KN,为定值,即 , 。若两个 抗力是相互独立的,试求其可靠度指标与破坏概率。 结构构件材料性能的不定性 平均值 变异系数 第9章 结构可靠度分析与计算 例题 批58 第10章 概率极限状态设计法 例题 (2)计算截面宽度b和截面高度h的统计参数 (3)结构构件计算模式的不定性 结构构件计算模式的不定性可采用随机变量 表达: 4.2.2 结构构件抗力的统计特征 (1)结构构件抗力的统计参数 *由单一材料构成的结构构件抗力和统计参数为 例3 试求木结构受弯杆件抗力的统计参数 和 。 *由两种或两种以上材料构成的结构构件抗力和统计参数 例4 求钢筋混凝土轴心受压短柱抗力的统计参数 和 。 (2)结构构件抗力的概率分布类型 结论: 结构构件抗力函数 R 近似服从对数正态分布。 4.3 结构可靠度分析及计算方法 4.3.1 结构可靠度的基本概念 结构可靠度: 结构在规定时间内,在规定的条件下,完成预定功能 的概率,称为结构可靠度。可靠度是可靠性的概率的度量。 (1)结构的功能要求 安全性,适用性,耐久性。 (2)结构的极限状态 承载能力极限状态,正常使用极限状态。 (3)结构的功能函数 (4)结构的可靠度 在各种随机因素的影响下,结构完成预定功能的能力不能事先确定,只能用概率来描述。 可靠概率Pt:结构能够完成预定功能的概率; 失效概率Ps:结构不能完成预定功能的概率。 Ps+Pt=1 (5)结构构件的可靠指标 用失效概率来描述结构的可靠度,在理论上是合理的,但在具体计算上又非常困难。利用可靠指标 代替结构失效概率Pt来具体度量结构的可靠性。 50年的设计基准期内, 4.3.2 结构可靠度分析的实用方法 近似概率法=一次二阶矩法(中心点法、验算点法) (1)结构可靠指标计算- 中心点法 1)两个随机变量服从正态分布 假定: *两个随机变量是互相独立的; *两个随机变量均服从正态分布,且已知抗力和作用 效应的平均值 和标准差 。 *因只有两个随机变量,结构的极限状态方程(功能 函数)可表达为 。 结构的极限状态方程(功能函数): 功能函数平均值: 功能函数标准差: 功能函数失效概率: 可靠指标 直接与各基本变量的统计参数 和 有关,而且可以考虑各基本变量的概率分布类型,因 而它比传统上采用一个安全系数来反映结构的可靠度 更为科学、更为合理。 可靠指标: 2)两个随机变量均服从对数正态分布 平均值: 标准差: 可靠指标: 3)多个正态分布随机变量 极限状态方程: 功能函数平均值: 功能函数标准差: 功能函数可靠指标: 例4.1 已知一伸臂梁,梁所承担的极限弯矩为Mu,若梁内弯矩 MMu时,梁便失效。现已知各变量均服从正态分布,其各自的 平均值及标准差为: 例 一伸臂梁,在伸臂端承受集中力p,梁所能承受的极限弯矩为Mu,若梁内由荷载产生的最大弯矩MMu,梁即失效。则该梁的承载功能函数为 解: 根据该梁的功能函数形式,利用(9.25)、(9.26)计算Z的平均 值和标准差 例 求圆截面拉杆的可靠指标。已知各变量的平均值和标准差为: 解 (1) 功能函数以极限荷载形式表达时 例 求圆截面拉杆的可靠指标。已知各变量的平均值和标准差为: 解 (2) 功能函数以应力形式表达时 (2)结构可靠指标计算-验算点法(JC法)(自阅) 1)两个正态基本变量的情况 设基本变量R,S为正态分布,且互相独立,则极限状 态方程为 2)多个正态基本变量的情况 3)非正态基本变量的情况 正态分布: 材料强度、结构材料自重 极值分布: 风荷载、雪荷载 对数正态分布: 结构抗力 非正态分布 当量正态分布 * 概率极限状态的实用设计表达式

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